Влияние диаметра цилиндра и материалов камеры сгорания на детонацию

При изменении диаметра цилиндра D текущий объем внутренней полости цилиндра V изменяется пропорционально кубу диаметра цилиндра (V=k₁D³), а теплопередающая поверхность внутренней полости цилиндра пропорциональна квадрату диаметра цилиндра (F_ч=k₂D²). При уменьшении диаметра цилиндра D увеличивается относительная поверхность охлаждения цилиндра (F_ч/V, см²/см³), увеличивается доля теплоты, передаваемой через стенки цилиндра в систему охлаждения, вследствие чего снижается температура свежего заряда в конце такта сжатия.

Кроме этого, уменьшается расстояние от электродов свечи до наиболее удаленной зоны камеры сгорания, где вероятно образование органических соединений, склонных к интенсивной детонации. В связи с этим двигатели с меньшим диаметром цилиндра D обладают повышенными антидетонационными качествами, поэтому допускают более высокие степени сжатия без опасности детонационного сгорания.

При увеличении диаметра цилиндра D уменьшается относительная поверхность охлаждения F_ч/V, вследствие чего снижается доля теплоты, передаваемой через стенки цилиндра в систему охлаждения. При этом уменьшаются потери теплоты в систему охлаждения, улучшается теплоиспользование в цикле, повышается температура свежего заряда в конце такта сжатия. В связи с большим расстоянием, проходимым фронтом пламени от электродов свечи до наиболее удаленных зон в камере сгорания, несгоревшая часть свежего заряда более длительное время находился под воздействием высоких температуры и давления.

В несгоревшей массе свежего заряда, хорошо подготовленной к сгоранию, с высокой вероятностью образуются органические перекиси ROOH с энергией, достаточной для инициирования детонационного сгорания.


В связи с этим двигатели с большим диаметром цилиндра D обладают повышенной склонностью к детонации.

Для получения бездетонационного сгорания на двигателях с искровым зажиганием и большим диаметром цилиндра иногда устанавливают по две свечи зажигания на цилиндр.

Конструкционные материалы деталей, образующих камеру сгорания (поршень - головка цилиндра), в различной степени влияют на вероятность детонационного сгорания.

Двигатель с чугунными поршнями и головкой цилиндра обладает повышенной склонностью к детонационному сгоранию. Это объясняется тем, что чугун имеет относительно низкую теплопроводность, в связи с чем внутренние поверхности, образующие камеру сгорания, имеют более высокую температуру. Температура свежего заряда из-за дополнительного подогрева от горячих поверхностей в конце такта сжатия более высокая, что повышает вероятность детонационного сгорания.

Двигатель с поршнями и головкой цилиндра из алюминиевых сплавов, обладающих высокой по сравнению с чугуном теплопроводностью, имеет более низкую leMnepaiypy внутренних поверхностей, поэтому снижается температура свежего заряда в конце такта сжатия. Вероятность детонационного сгорания значительно снижается, однако, из-за высокой теплопроводности материалов повышаются потери теплоты в систему охлаждения, что ухудшает экономические показатели двигателя. Для улучшения экономичности двигателя при переходе с чугунных деталей на алюминиевые сплавы степень сжатия повышают в среднем на единицу.

Применение керамических материалов в элементах конструкции камер сгорания двигателей с искровым зажиганием недопустимо, поскольку повышается возможность детонационного сгорания.